Proyecto Válvula Tipo Compuerta

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    25-Dec-2015

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Anlisis

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E S P EUNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ___________________________________________ INOVACION PARA LA E X C E L E N C I A

INGENIERA ELECTROMECNICA

INTRUMENTACIONCALCULO DE ESFUERZOS MAXIMOS Y FACTOR DE SEGURIDAD DE UNA VALVULA DE COMPUERTANOMBRES:CRISTIAN CHANGOLUISALUIS TOAPANTANIVELSEPTIMOPERODO ACADMICO:OCTUBRE14 - FEBRERO15

ndice de Contenidos

1.TEMA:32.OBJETIVOS:32.1OBJETIVO GENERAL32.2OBJETIVOS ESPECIFICOS.33.MATERIALES TECNOLOGICOS34.MARCO TEORICO4GENERALIDADES44Presin de trabajo4Normas de fabricacin4Cierre de la vlvula5Extremos de las vlvulas5Compuerta65.DESARROLLO76.ANALISIS DE RESULTADOS187.CONCLUSIONES228.RECOMENDACIONES239.BIBLIOGRAFA23

1. TEMA:Aplicacin del programa Solidworks 2015 para el anlisis de una vlvula de control de compuerta determinando sus esfuerzos mximos y factor de seguridad.

2. OBJETIVOS:

2.1 OBJETIVO GENERAL

Aplicar programas computacionales para determinar esfuerzos mximos y factor de seguridad para una vlvula de compuerta aplicando principios de diseo de elementos de maquinas.

2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS.

Investigar acerca de la vlvula de compuerta. Realizar un CAD de una vlvula de compuerta utilizando Solidworks 2015. Analizar el CAD generado en ANSIS para determinar esfuerzos mximos. Observar las principales deformaciones que sufre esta vlvula de compuerta sometida a cargas mximas.

3. MATERIALES TECNOLOGICOS

Manual de valvula de compuertaSolidWorks 2015ANSISPC

4. MARCO TEORICOGENERALIDADES

Las vlvulas de compuerta se utilizarn en redes de distribucin y como acople a las Tees Partidas para realizar el empalme sin suspender el servicio de acueducto con la utilizacin del equipo de perforacin lateral. Debern ser diseadas para soportar presin por ambos lados en forma simultnea o alternada y debern tener completa hermeticidad cuando estn cerradas y estar diseadas para permitir unas prdidas mnimas de presin cuando estn abiertas.

Imagen 1. Partes de una vlvula.Presin de trabajo Las vlvulas son fabricadas para una presin de trabajo de 16PN (200Psi o 1,38 MPa) y probadas mnimo a 24PN (300 Psi). Las vlvulas de compuerta se utilizarn en redes de distribucin y debern ser diseadas para soportar presin por ambos lados, en forma simultnea o alternada.

Normas de fabricacin La fabricacin de las vlvulas deber ser en hierro dctil y cumplir con cualquiera de las tres siguientes normas: -Norma American Works Water Asociation AWWA C-509 -Norma American Works Water Asociation AWWA C-515 -Norma ISO 7259 ltima versin (NTC 4765) El proceso de la fabricacin y las dimensiones de los elementos de la vlvula debern cumplir con todo el contenido de la Norma Internacional bajo la cual se fabrica.

Cierre de la vlvula Ser dextrgiro, es decir, que la vlvula cerrar cuando eje (rueda de manejo o dado de manejo) sea girado en el sentido de las manecillas del reloj. Estarn provistas de topes que impidan que el obturador contine avanzando cuando la vlvula est completamente abierta o cerrada. Las vlvulas incluirn rueda de manejo o tuerca de operacin, de acuerdo con el sitio en el cual se vayan a instalar.

Extremos de las vlvulas Para las vlvulas que sean extremo de campana (Junta rpida, o Hembra), deben incluir los respectivos empaques para su montaje. Los extremos lisos de las tuberas en que se instalarn las vlvulas, indistintamente, tendrn los siguientes dimetros externos. Para las vlvulas bridadas, las bridas deben ser perforadas bajo la norma ANSI/ASME B16.5 y su espesor debe ser como mnimo el de la presin especificada. Para bridas mayores a DN600 aplicara ASME B16.47. Si el proveedor lo expresa podrn admitirse vlvulas con otros extremos siempre, para las cuales sin costo alguno deben suministre los accesorios con sus tuercas, arandelas y tornillos (de acero inoxidable) y empaques, de modo que permita el acople de las vlvulas a los extremos lisos de las tuberas. Los extremos lisos de las tuberas en que se instalarn las vlvulas, indistintamente, tendrn los siguientes dimetros externos.

Tabla 1. Dimetros externos de tubera

Compuerta La compuerta o elemento obturador ser en forma de cua rgida recubierto completamente en caucho elstico natural o sinttico (Viton A, Perbunam, Neopreno, NBR, EPDM, etc), resistentes a los ataques microbiolgicos, a la contaminacin con cobre y al ozono. El mtodo utilizado para conexin o vulcanizacin se debe probar mediante la norma ASTM D429; utilizando el mtodo B, la resistencia de la lmina no debe ser menor de 75 Lb/pulg. .), y deber estar libre de poros, zonas desprovistas de recubrimiento y dems defectos que pudieran incidir en la operacin y vida til. Adicionalmente deber cumplir con una capacidad de adherencia del caucho de 75 lbf/in como mnimo cuando se someta a ensayo segn el mtodo B de la norma ASTM D429 en su ltima versin. No se aceptarn compuertas con asientos paralelos.

Imagen 2. CompuertaEje o VstagoEl eje ser de posicin horizontal, material del eje de acero inoxidable ASTM A276 Tipo 420, DIN X20 Cr13, AISI 304 AISI 420. El eje ser tipo seco, es decir, no debe estar en contacto directo con el fluido en ningn sentido. El vstago ser del tipo no ascendente, y fabricado en acero inoxidable segn ASTM A-276, ajustado a las dimensiones segn norma AWWA C509 o C515 para el dimetro de raz y deber estar libre de bordes y rebabas cortantes y dems defectos que pudieran incidir en la operacin. La rosca podr ser del tipo Acme o Acme stup para todos los dimetros.

HermeticidadDebern tener completa hermeticidad cuando estn cerradas y estar diseadas para permitir unas prdidas mnimas de presin cuando estn abiertas. Esta se garantizara mediante o-rings de NBR o EPDM ubicados en los bujes, que sean resistentes al agua potable con contenido de cloro. Para vlvulas con presin nominal igual a PN10, o para dimetros nominal mayor o igual a DN80, entre la carcasa y cada buje, debe haber o-rings estticos (que no tienen movimiento relativo entre piezas) para que exista hermeticidad bidireccional.

5. DESARROLLO

Seleccionamiento.

Fuerza del tornillo de potencia.

Fuerza de palanca450 Newtons

Fuerza de impacto3000 Newtons

Cromer, A. H. (1996).Fsica para las ciencias de la vida. Revert.

Alturas de trabajo

Hmax: 300mm Hmin: 100mm

Capacidad de soporte para el tornillo de potencia.

Pcalculos: 600KgPoperacion:500KgGravedad:9,8 m/s2

Material a usar es acero SAE 1035

E=210 GpaOo=210 Mpa

Coeficiente de seguridadK=2,5

Torque de subida

Anlisis de esfuerzos (bajada)

Sumatoria de Fuerzas

Torque de bajada

Autobloqueo

Puede soportar mayor o menor que 600Kg

Eficiencia del tornillo

Esfuerzo de corte

Esfuerzo axial

Numero de espiras

Calculo al aplicar el brazo

Anlisis del cuerpo.

6. ANALISIS DE RESULTADOS

Factor de seguridad

Anlisis del cuerpo.

Clculos. De acuerdo a las normas y especificaciones generales de construccin las vlvulas sern fabricas para los siguientes parmetros:

Fac tor de seguridad.

7. CONCLUSIONES Los coeficientes de friccin muestran tendencia a incrementarse con respecto al aumento de concentracin de cargas en la compuerta, esto a su vez debido al aumento de consistencia y al cambio en las propiedades del flujo.

Los coeficientes de friccin obtenidos fueron relacionados potencialmente a la concentracin de carga y son tiles para fluidos que tengan un comportamiento semejante, en instalaciones de tubera de condiciones similares, en donde se pueda presentar el efecto de interferencia mutua que genera prdidas de energa por friccin mas altas. Adems de las prdidas de carga continuas o por rozamiento, vimos que en las conducciones se produce otro tipo de prdidas debido a fenmenos de turbulencia que se originan al paso de lquidos por puntos singulares de las tuberas, como cambios de direccin, codos, juntas, derivaciones, etc, y que se conocen como prdidas de carga accidentales, localizadas o singulares, que sumadas a las prdidas de carga continuas dan las prdidas de carga totales.

8. RECOMENDACIONES

Identificar el elemento que tienda mayor esfuerzo mecnico para realizar un anlisis ms exhaustivo de la vlvula de control.

Para el anlisis por mallado se lo debe realizar con varias horas de anticipacin debido a que su tiempo es largo para determinar los resultados debido al paquete computacional.

9. BIBLIOGRAFA

Caadas, M. A. M. (1993). Hidrulica aplicada a proyectos de riego (Vol. 59). EDITUM. Bandala-Rocha, M. R., Macedo y Ramrez, R. C., & Vlez-Ruiz, J. F. (2005). Evaluacin de Coeficientes de Friccin en el Transporte de Fluidos No-Newtonianos. Informacin tecnolgica, 16(2), 73-80. Kentish, D. N. W. (1989). Tuberas industriales: diseo, seleccin, clculo y accesorios. Urmo, SA de Ediciones. Rios Garca, E., & Paredes Ortega, A. (2010). Manual de prcticas de laboratorio para prdidas en tuberas, de banco bsico de hidralica HM 150.

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